一种超薄光学模组及超薄显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种超薄光学模组及超薄显示装置，超薄光学模组包括：透光基板、设于所述透光基板任一表面的第一超表面，设于所述透光基板另一表面的第二超表面；所述第一超表面具有透镜功能，能够将来自图像单元的光线聚焦汇聚成像；所述第二超表面具有慧差矫正功能，用于消除所述光线的慧差，提升显示效果。本发明专利技术通过在所述透光基板的两侧面分别设置具有不同功能的超表面结构，能够实现超短焦成像，有效降低系统长度，同时还可以消除大视场角光线的慧差影响，提升系统的轻便性和显示效果。

Ultrathin optical module and ultrathin display device

The invention discloses an ultra-thin optical module and an ultra-thin display device. The ultra-thin optical module comprises a light transmitting base plate, a first super surface arranged on any surface of the light transmitting base plate, and a second super surface arranged on another surface of the light transmitting base plate. The first super surface has lens function, which can focus and focus light from the image unit for imaging. The second super surface has wisdom The difference correction function is used to eliminate the brightness difference of the light and improve the display effect. The invention can realize ultrashort focus imaging, effectively reduce the length of the system, eliminate the influence of the brightness difference of the large field angle light, and improve the lightness and display effect of the system by setting different functional super surface structures on the two sides of the light transmittance substrate.

【技术实现步骤摘要】
一种超薄光学模组及超薄显示装置
本专利技术涉及显示设备
，尤其涉及一种超薄光学模组及超薄显示装置。
技术介绍
当下的VR/AR显示通常利用透镜组与显示屏幕的组合来实现放大的图像，为了减小系统体积、提高轻便性，也有利用菲涅尔透镜来代替普通透镜的方案。但是菲涅尔透镜技术可以减小的体积有限，并且其结构存在多个台阶，并不是平面化结构。利用衍射光学元件(DOE，DiffractiveOpticalElements)可以在一个平面结构内实现光波调制，能够尽可能地减小系统体积，提升佩戴VR/AR设备的舒适度。衍射光学元件在设计时通常只针对较小的光谱范围和角度范围，因此在使用时会存在色差和慧差，对于一个VR/AR显示系统，我们需要RGB三色都具有良好的显示效果，并且具有较大的视场角和放大倍率。利用衍射方法，单一的结构难以满足这样需求。因此，现有技术存在不足，需要改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种超薄光学模组及超薄显示装置。本专利技术的技术方案如下：提供一种超薄光学模组，包括：透光基板、设于所述透光基板任一表面的第一超表面，设于所述透光基板另一表面的第二超表面；所述第一超表面具有透镜功能，用于将来自图像单元的光线聚焦汇聚成像；所述第二超表面具有慧差矫正功能，用于消除所述光线的慧差，提升显示效果。进一步地，所述第一超表面包括周期性排列的多个微结构单元；所述第二超表面包括周期性排列的多个微结构单元。进一步地，一个排列周期内的多个所述微结构单元用于对单一波长光进行相位调制；或，一个排列周期内的多个所述微结构单元用于对多种波长光进行相位调制，多个所述微结构单元具有不同特征尺寸。进一步地，所述微结构单元为圆柱体纳米柱，或所述微结构单元为长方体纳米柱。进一步地，一个所述微结构单元的一个特征参数对应相同波长光或不同波长光的一个相位调制，当所述微结构单元为圆柱体纳米柱时，通过所述圆柱体纳米柱的不同特征尺寸以形成不同的特征参数；当所述微结构单元为长方体纳米柱时，通过所述长方体纳米柱的不同特征尺寸和/或不同旋转角度以形成不同的特征参数。进一步地，所述圆柱体纳米柱的特征尺寸不同包括：所述圆柱体纳米柱的直径不同，或所述圆柱体纳米柱的高度不同。进一步地，当所述微结构单元为长方体纳米柱时，所述长方体纳米柱的特征尺寸在50nm～1um范围内。进一步地，一个所述微结构单元的特征参数对应相同波长光或不同波长光的一个相位调制，一个所述微结构单元对应的相位调制函数的表达式为：为相位调制度，λ为波长，f为透镜焦距，r为极坐标下的径向长度。进一步地，在所述透光基板靠近所述图像单元一侧的表面设置所述第一超表面，在所述透光基板远离所述图像单元一侧的表面设置所述第二超表面。本专利技术还提供一种超薄显示装置，包括图像单元和如上所述的超薄光学模组，所述图像单元与所述超薄光学模组相对设置。采用上述方案，本专利技术通过在所述透光基板的两侧面分别设置具有不同功能的超表面结构，能够实现超短焦成像，有效降低系统长度，同时还可以消除大视场角光线的慧差影响，提升系统的轻便性和显示效果。附图说明图1为本专利技术超薄显示装置的结构示意图；图2为本专利技术微结构单元一实施例的结构示意图；图3为本专利技术微结构单元另一实施例的结构示意图；图4为本专利技术微结构单元一实施例的俯视图；图5为本专利技术微结构单元一实施例的侧视图；图6为本专利技术一实施例中半径与相位调制的关系曲线图；图7为本专利技术一实施例中微结构单元的旋转角度示意图；图8为本专利技术具有三色相位调制的微结构单元一实施例的结构示意图；图9为本专利技术具有三色相位调制的微结构单元另一实施例的结构示意图；图10为慧差矫正前的光路效果图；图11为慧差矫正后的光路效果图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术进行详细说明。在详细描述本专利技术的实施例之前，先对“超表面”的定义进行说明。超表面是衍射光学元件(DOE)的一种，它可以通过平面结构来实现光的相位调制，能够极大地缩小光学元件的体积。下面，将通过具体的实施例，对本专利技术的内容进行详细说明。请参阅图1，本专利技术提供一种超薄显示装置及超薄光学模组，超薄显示装置包括图像单元5和超薄光学模组，图像单元5与超薄光学模组相对设置，具体地，所述显示装置可以是AR显示装置，也可以是VR显示装置。超薄光学模组具体包括：透光基板1、设于所述透光基板1任一表面的第一超表面2，和设于所述透光基板1另一表面的第二超表面3。所述第一超表面2具有透镜功能，能够将来自图像单元的光线聚焦汇聚成像，采用这种方法制作的透镜可以具有较大的数值孔径(NA)，因此可以有效降低系统长度，提升轻便性；第二超表面3具有慧差矫正功能，用于消除上述光线的慧差，提升显示效果。如图1所示，在一种实施例中，在透光基板1靠近图像单元5的一侧的表面设置第一超表面2，透光基板1远离图像单元5一侧的表面设置所述第二超表面3。当然，第一超表面2和第二超表面3的设置位置也可以调换。本专利技术实施例通过在透光基板1的两侧面分别设置具有不同功能的超表面结构，能够实现超短焦成像，有效降低系统长度，同时还可以消除大视场角光线的慧差影响，提升系统的轻便性和显示效果。请参阅图2至图5，超表面具体可以由平面内的周期性排列的多个微结构单元组成。一个排列周期内，包括多个微结构单元。该多个微结构单元可以用于对单一波长光进行相位调制，即对单色光进行相位调制，也可以用于对多种波长光进行相位调制，即对多色光进行相位调制。微结构单元的材质可以包括：Si、a-Si、TiO2，SiO2等。微结构单元在进行相位调制时，具体是通过不同的特征参数来区分不同的相位调制度的，即是说，每一微结构单元的一个特征参数可以对应单一波长光的一个相位调制，也可以对应多种波长光中某种波长光的一个相位调制。根据微结构单元的不同形式(为圆柱体纳米柱或长方体纳米柱)，可以由旋转角度或者特征尺寸来决定不同的特征参数，详细将在下文进行描述。在一个排列周期内，每一微结构单元都具有不同的相位调制度，通过平面排列不同特征参数的微结构单元就可以实现透镜或其他光学元件(如慧差矫正镜)的功能。利用这种方式制作的透镜，可以突破普通透镜的限制(材料、面型等)，相同口径下，焦距可以小于普通透镜，从而减小光学系统的总长度。具体实现中，第一超表面2包括周期性排列的多个微结构单元41，所述第二超表面3包括周期性排列的多个微结构单元41。如图3所示，在一个排列周期内，包括多个微结构单元41。第一或第二超表面上包括多个按照排列周期的方式排列的多个微结构单元。在本专利技术实施例中，微结构单元41的呈现形式可以为圆柱体纳米柱(如图3所示)，也可以为长方体纳米柱(如图2所示)。因为一个微结构单元的一个特征参数可以对应相同波长光或不同波长光的一个相位调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄光学模组，其特征在于，包括：透光基板、设于所述透光基板任一表面的第一超表面，设于所述透光基板另一表面的第二超表面；/n所述第一超表面具有透镜功能，用于将来自图像单元的光线聚焦汇聚成像；/n所述第二超表面具有慧差矫正功能，用于消除所述光线的慧差，提升显示效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种超薄光学模组，其特征在于，包括：透光基板、设于所述透光基板任一表面的第一超表面，设于所述透光基板另一表面的第二超表面；
所述第一超表面具有透镜功能，用于将来自图像单元的光线聚焦汇聚成像；
所述第二超表面具有慧差矫正功能，用于消除所述光线的慧差，提升显示效果。


2.根据权利要求1所述的超薄光学模组，其特征在于，所述第一超表面包括周期性排列的多个微结构单元；所述第二超表面包括周期性排列的多个微结构单元。


3.根据权利要求2所述的超薄光学模组，其特征在于，一个排列周期内的多个所述微结构单元用于对单一波长光进行相位调制；或，
一个排列周期内的多个所述微结构单元用于对多种波长光进行相位调制，多个所述微结构单元具有不同特征尺寸。


4.根据权利要求3所述的超薄光学模组，其特征在于，所述微结构单元为圆柱体纳米柱，或所述微结构单元为长方体纳米柱。


5.根据权利要求4所述的超薄光学模组，其特征在于，一个所述微结构单元的一个特征参数对应相同波长光或不同波长光的一个相位调制，当所述微结构单元为圆柱体纳米柱时，通过所述圆柱体纳米柱的不同特征尺寸以形成不同的特征参数；当所述微结构单元为长方体纳米柱时，通过所述长方体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王方舟，张韦韪，周知星，朱耀明，
申请(专利权)人：深圳惠牛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44